一种基于松香酸铜的氨气传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于松香酸铜的氨气传感器及其制备方法。其中，松香酸铜氨气敏感材料的制备方法，是以乙酸铜和具有一定疏水性的天然产物松香酸为原料，采用简单的溶液法合成松香酸铜，所制备的松香酸铜具有丰富的氨气体吸附位点，同时松香分子疏水性基团的引入可改善空气湿度对薄膜材料的干扰，提高氨气传感器的稳定性。发明专利技术的松香酸铜作为气敏材料在氨气体传感器中的应用，能够在室温下对氨气进行有效检测，具有低成本、高灵敏度、易于操作等优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于松香酸铜的氨气传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于氨气传感器制备领域，具体涉及一种基于松香酸铜的氨气传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着科研人员对松香及其衍生物的深入研究，我国松香产业发展取得了巨大的进步，但是松香深加工技术水平不高，大多数松香产品还是初级加工产品，产品附加值不高，部分松香低端产品产能过剩。因此，松香产业亟需转型升级，提升发展质量，特别是在突破药用化学品、电子化学品等价值链高端市场和开拓新的应用领域方面须砥砺前行，有所作为。石英晶体本身不会吸附气体，所以传感材料的物理化学性质在一定程度上决定了传感器的性能，如果传感材料的亲水性太强，持续吸附水分子，易导致QCM出现停振现象，而松香酸具有较强的疏水性能够改善这一缺陷。
[0003]氨气(ammonia，NH3)，是一种无色的具有强烈刺激性味道的气体，能够腐蚀和刺激人的皮肤和呼吸道，氨气的吸入超过安全水平会引发危及生命的疾病，因为它对皮肤、眼睛和肺部具有强烈的毒性和腐蚀性，所以对环境中氨气浓度的检测尤为重要。NH3是一种水溶性气体，自然环境中氨气存在的地方都伴随着较高的湿度，在氨气的检测过程中湿度的存在会影响传感器的准确性和可靠性。松香酸具有疏水性，其表面的羧基(
‑
COOH)与松香酸铜(Cu
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A)中的Cu均为氨气响应的活性成分。因此，本专利技术搭建了QCM基氨气传感检测系统，探讨了不同铜含量的松香酸铜对氨气的响应性，同时研究了湿度环境对氨气传感的影响。采用密度泛函理论(Density Functional Theory，DFT)对其氨气传感机理进行了分析，旨在开发出一种具有良好氨气响应性的松香基QCM气体传感器。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于松香酸铜的氨气传感器及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于松香酸铜的氨气传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)松香酸的前处理
[0008]将松香酸溶解在无水乙醇中，过滤去除不溶性杂质，得到松香酸溶液，用滴管吸取松香酸溶液，缓慢滴入到大量超纯水中，并快速搅拌，以析出松香酸，得到白色乳浊液，静止2h后，经离心、抽滤分离得到白色固体，将所得的固体置于80℃真空干燥箱中，干燥12h；
[0009](2)松香酸铜的合成
[0010]将乙酸铜和处理后的松香酸分别用无水乙醇完全溶解后，置于锥形瓶中超声混合均匀，其中乙酸铜与松香酸的摩尔比为1:1.5；待超声结束后，将所得溶液置于55℃恒温油浴锅中反应5h后，冷却至室温，缓慢倒入装有大量超纯水的烧杯中，并快速搅拌析出产物，静置分层，经抽滤后，置于100℃真空干燥箱中，干燥12h，即得目标产物松香酸铜；
[0011](3)松香酸铜敏感膜的制备
[0012]将上述合成的松香酸铜溶解在DMSO中配制成1μg/μL的溶液，用微量移液枪吸取配制好的溶液均匀滴涂在石英晶振银电极(直径4mm)上，每一面均滴涂2μL，置于85℃真空干燥箱中干燥，即得松香酸敏感膜；
[0013](4)氨气传感器的制备
[0014]将制得的松香酸铜敏感膜用于制备氨气传感器。
[0015]进一步的，所述的氨气传感器的使用方法，在氨气的检测过程中，环境湿度为50％RH，温度为室温。
[0016]自然环境中氨气存在的地方都伴随着较高的湿度，在氨气的检测过程中湿度的存在会影响传感器的准确性和可靠性。利用松香分子疏水性基团修饰的敏感薄膜可有效改善石英晶体微天平氨气传感器在高相对湿度时易产生虚警的应用缺陷，从而使氨气传感器的实用价值大大增强。
[0017]本专利技术的优点在于：
[0018](1)松香酸铜表面丰富的传感活性位点，如铜和羧基可与氨气分子在常温下发生氢键相互作用力，从而实现对氨气的高灵敏检测；(2)利用松香酸独特的三环菲骨架结构所具有的强疏水性，可有效改善气体敏感薄膜耐湿性等难题；(3)在一定湿度条件下，所制备的松香酸铜敏感膜对氨气的响应性增加，氨气传感器在高湿气氛中具有良好的准确性和可靠性。
附图说明
[0019]图1为QCM氨气传感装置；
[0020]图2为氨气测试过程示意图；
[0021]图3为不同铜含量的Cu
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A的氨气响应曲线；
[0022]图4为不同铜含量的Cu
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A2膜厚分析；
[0023]图5为不同铜含量的Cu
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A2的氨气响应曲线；
[0024]图6为Cu
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A2在30％RH和50％RH的氨气响应曲线；
[0025]图7为Cu
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A2在30％RH和50％RH的响应/恢复时间；
[0026]图8为(a，c)干燥条件(b，d，e)湿度存在条件下AA和Cu
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A2氨气传感机理图。
具体实施方式
[0027]为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明。本专利技术的方法如无特殊说明，均为本领域常规方法。
[0028]1.氨气传感器的制备和测试
[0029]1.1松香酸的前处理
[0030]将购买的松香酸溶解在无水乙醇中，过滤去除不溶性杂质，得到松香酸溶液。用滴管吸取松香酸溶液，缓慢滴入到大量超纯水中，并快速搅拌，以析出松香酸，得到白色乳浊液，静止2h后，经离心、抽滤分离得到白色固体。重复上述操作3次后，将所得的固体置于80℃真空干燥箱中，干燥12h。
[0031]1.2松香酸铜的合成
[0032]将乙酸铜和不同量处理后的松香酸分别用无水乙醇完全溶解后，置于锥形瓶中超
声混合均匀，其中乙酸铜(Copper(Ⅱ)acetate monohydrate，Cu
‑
AM)与松香酸(AA)的摩尔比分别为1:0.99，1:1.5，1:2，1:2.5，1:3。待超声结束后，将所得溶液置于55℃恒温油浴锅中反应5h后，冷却至室温，缓慢倒入装有大量超纯水的烧杯中，并快速搅拌析出产物，静置分层。经抽滤后，置于100℃真空干燥箱中，干燥12h，即得目标产物松香酸铜，分别命名为Cu
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A1、Cu
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A2、Cu
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A3、Cu
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A4和Cu
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A5。
[0033]1.3松香酸及松香酸铜敏感膜的制备
[0034]将经过处理的松香酸溶于DSMO中，配制成5种不同浓度的溶液(0.4μg/μL、0.5μg/μL、0.6μg/μL、0.7μg/μL和0.8μg/μL)，用微量移液枪吸取配制好的溶液均匀滴涂在石英晶振银电极(直径4mm)上，每一面均滴涂2μL，置于85℃真空干燥箱中干燥，制得松香酸敏感膜，分别命名为QCM
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A、QCM
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B、QCM
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C、QCM
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于松香酸铜的氨气传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）松香酸的前处理将松香酸溶解在无水乙醇中，过滤去除不溶性杂质，得到松香酸溶液，用滴管吸取松香酸溶液，缓慢滴入到大量超纯水中，并快速搅拌，以析出松香酸，得到白色乳浊液，静止2 h后，经离心、抽滤分离得到白色固体，将所得的固体置于80 ℃真空干燥箱中，干燥12 h；（2）松香酸铜的合成将乙酸铜和处理后的松香酸分别用无水乙醇完全溶解后，置于锥形瓶中超声混合均匀，其中乙酸铜与松香酸的摩尔比为1:1.5；待超声结束后，将所得溶液置于55 ℃恒温油浴锅中反应5 h后，冷却至室温，缓慢倒入装有大量超纯水的烧杯中...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐丽荣，陈博，洪祺祺，吕建华，黄彪，吕日新，卢贝丽，游昕达，陈燕丹，
申请(专利权)人：福建农林大学，
类型：发明
国别省市：